Побудова моделі фрагменту MPLS-мережі у пакеті Opnet Modeler

Рисунок 3.10 - Зона Френеля

Радіус першої зони Френеля над  передбачуваною перешкодою може бути розрахований за допомогою формули:

         (3.5)

де R - радіус зони Френеля (м); S, D - відстань від антен  до самої вищої точки передбачуваної перешкоди (км.); f - частота (ГГц).

За рахунок того, що Харків має  дуже щільну забудову, а внаслідок  цього і величезну кількість  перешкод, то немає резону розміщувати  зовнішні антени на відстані більше 1 км.

Для прикладу візьмемо відстань 700 м  між антенами, а передбачувана  перешкода знаходиться на відстані 300 м від правої антени. Устаткування працює на 11 каналі. Радіус першої зони Френеля буде дорівнювати:

Отже, щоб загасання сигналу  було мінімальним, необхідно, щоб перешкода  не заходила в зону Френеля з радіусом 4,55 м.

Звичайне блокування 20% зон Френеля  вносить незначне загасання в  канал. При блокуванні понад 40% загасання  сигналу буде вже значним, слід уникати  попадання перешкод на шляху поширення.

Енергетичний бюджет безпровідної траси.

Енергетичний бюджет безпровідної траси допомагає отримати відповіді  на наступні питання:     

- чи можливий зв'язок на заданій відстані?    

- які антени для цього буде потрібно?    

- яка швидкість в каналі може бути досягнута? 

Результат розрахунку - запас по енергетиці, який повинен складати не менше 20db для збереження стійкого зв'язку при різких погіршеннях умов проходження радіохвиль.

Для прикладу візьмемо дві зовнішні точки доступу D-Link DAP-3220 (мал. 3.11), які встановимо на даху двох 9-ти поверхових будівель і розрахуємо запас по енергетиці каналу зі швидкістю 36 Мбіт/с.

Рисунок 3.11 - Точка доступу D-Link DAP-3220

Наявні дані:

Технологія  модуляції – 16 QAM;

Смуга частот - 2400 - 2483.5 МГц;

Антена  – 9 dBi;

Потужність  – 17 dBm;

Чутливість  – (-76) dBm;

За допомогою додатку А ( див. розділ Додаток) розрахуємо

запас по енергетиці каналу:

Початкові дані:

Рабочая частота               (MHz) Расстояние между точками  (км)

Мощность передатчика  (dBm)    Усиление антенны передатчика (dBi)

 

Потери в кабеле и разъемах 1 (dB) Потери в кабеле и разъемах  2 (dB)

Чувствительность  приемника (dBm) Усиление антенны приемника (dBi)

Результаты рассчета:

Потери  в свободном пространстве  (dB)

Уровень сигнала на входе приемника  (dBm)

Запас по энергетике канала  (dB)

 

В результаті розрахунку ми отримали відповідь, що для ефективної роботи двох точок доступу D-Link DAP-3220 зі встановленням каналу на швидкості 36 Мбіт/с, відстань між ними повинна бути не більш ніж 290 м.

3.7 Моделювання мереж доступу Wi-fi.

 

В пакеті Opnet Modeler ми змоделювали загальний  приклад мережі доступу Wi-fi. Мережа збудована через дві точки  доступу які з’єднані через Ethernet кабель із загальним сервером. Мережа працює на швидкості 11 Мбіт/с.

 

Рисунок 3.12 - Фрагмент мережі

 

 

Загалом ми отримали: середня і  теперішня швидкість симуляції  при швидкості 11Мбіт/с буде дорівнювати: 70 подій в сек.

Рисунок 3.13 - Швидкість симуляції

 

3.8 Висновки до розділу

В даному розділі ми розглянули основні  методи побудови Wi-Fi мереж. Виконали проектування мереж, як в межах будівлі, на прикладі невеликого офісу, так і за межами будівлі. Розрахували енергетичний бюджет безпровідної траси, зону Френеля, дальність роботи безпровідного каналу зв'язку, посилення тракту.

В результаті виконаної роботи можна  зробити висновок що проектування Wi-Fi мережі – це дуже індивідуальна  робота, яка повністю залежить від  навколишніх умов, і розробка типових  проектів не принесе жодної користі.

 

 

 

 

 

4. РОЗРАХУНОК МЕРЕЖІ ДОСТУПУ WIMAX

 

4.1 Загальні поняття про технологію Wimax

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) - це технологія надання бездротового широкосмугового доступу в інтернет. WiMAX базується на стандарті IEEE 802.16. Мережі WiMAX можуть працювати в двох варіантах доступу: фіксований й мобільний. Мобільний WIMAX дає можливість користувачу отримувати як фіксований доступ (схожий на звичний xDSL, тільки без дротів), так і вихід в Мережу з будь-якого місця в межах зони покриття або навіть у русі. Фіксована ж мережа передбачає підключення в радіусі дії певної базової станції. При переміщенні з однієї зони в іншу зв'язок розривається і встановлюється заново. Технологія WiMAX забезпечує високошвидкісні з'єднання на великих відстанях навіть за відсутності прямої видимості об'єкта, на відбитому сигналі, що дозволяє працювати в будь-яких умовах, у тому числі в умовах щільної міської забудови, забезпечуючи високу якість зв'язку й швидкість передачі даних. Мережа дозволяє надавати послуги телефонії, доступу в Інтернет і передачі даних без використання кабельних ліній.

 

Рисунок 4.1 – Технологія Wimax

WiMAX технологія дозволяє забезпечити  доступ в інтернет зі швидкостями  і зоною покриття, більшими, ніж  у сучасних мереж Wi-Fi. Відстань від хот-спота Wi-Fi до комп'ютера не перевищує десятків метрів. Технологія WiMAX - це мережа широкосмугового бездротового доступу, яка створюється на території цілого міста, а відстань від приймача до базової станції вимірюється уже кілометрами.

У свою чергу, локальні мережі Wi-Fi стають логічним продовженням мереж WiMAX. Мережа WiMAX надає провайдерам послуг досить гнучкі умови для вирішення проблеми зв'язку "останньої милі". У  сервіс-провайдерів з'являються  можливості побудови "віртуальних  операторів" Wi-Fi послуг, що використовують інфраструктуру WiMAX в якості мережі агрегації. Таке рішення істотно знижує операційні витрати на розгортання WiFi-мереж і відкриває шлях до кінцевого абонента для великої кількості сервіс-провайдерів середнього рівня.

 

4.2 Побудова Wimax мережі.

 

В разі побудови Wi-fi мереж усередині  будівель виникає потреба в об'єднанні  цих мереж. Для міста, яке має  дуже щільну забудову, використання кабелів  для з'єднання локальних мереж Wi-fi буде малоефективним і дуже трудомістким варіантом. Найефективнішим з'єднанням двох локальних мереж буде створення VPN тунеля через магістральну мережу оператора безпровідного доступу WIMAX.

Розглянемо «шлях» проходження  кадру з однієї Wi-fi мережі в іншу.

Робоча станція мережі передає  кадр даних в WLAN мережу. Передаваємий   кадр   спочатку   "подорожує"   з   сегменту   мережі   до   безпровідного маршрутизатора з тією швидкістю, на якій працює мережа (11..54  Мбіт/с).   Попавши  в   безпровідній  маршрутизатор,   кадр  копіюється  з  мережі  в   буфер пристрою, перетворюється в інший формат, а потім (за наявності  вільного каналу) передається через  магістральну мережу операторові безпровідного  доступу з швидкістю, меншою, ніж  та, з якою кадр передавався з  локальної мережі на пристрій маршрутизації. Якщо безпосередньо перед поточним кадром на мережевий пристрій попав інший кадр, то нашому кадру доведеться почекати (у буфері), до тих пір, поки попередній кадр не буде обслужений. Час обслуговування поточного кадру залежить від того, скільки кадрів прийшло на мережевий пристрій безпосередньо перед поточним: чим більше таких кадрів, тим довше час чекання.

Розглянемо тепер, як виконується  обслуговування кадру на протилежному кінці каналу магістральної мережі оператора безпровідного доступу WIMAX. Поступаючи з мережі оператора  на безпровідній маршрутизатор, кадр перетворюється до формату безпровідної локальної  мережі і передається в цю мережу.

Оскільки швидкість передачі інформації по магістральній мережі завжди нижче  за швидкості передачі кадрів в локальній, жодних черг при такому обслуговуванні не виникає, отже, основний вклад під  час обслуговування кадру на другому  безпровідному маршрутизаторі вносить  сам пристрій. І це лише мала доля від часу затримки кадрів на першому  безпровідному маршрутизаторі. Звідси витікає, що для опису двоточкових ліній зв'язку між локальними мережами можна спокійно використовувати одноканальну однофазну модель.

Використовуючи математичний апарат теорії масового обслуговування, можна  обчислити залежність часу передачі кадрів від швидкості роботи каналу через магістральну мережу оператора безпровідного доступу WIMAX без підключення до реальних каналів. Такі обчислення дозволяють відповісти на безліч питань відносно продуктивності мережі; завдяки ним стає зрозумілим, який середній час затримки кадрів на безпровідному маршрутизаторі, як може вплинути на величину цих затримок зростання швидкості роботи каналу зв'язку магістральної мережі оператора безпровідного доступу WIMAX і за яких умов зростання швидкості обміну інформацією по каналах магістральної мережі оператора не приводить до істотного збільшення продуктивності безпровідного маршрутизатора.

 

 

 

4.3 Розрахунок  залежності часу передачі кадрів  від швидкості роботи каналу

Розрахуємо дві віддалені одна від одної безпровідні локальні мережі. Згідно з оцінками, сумарний трафік між мережами від однієї станції складає 100000 кадрів в годину, а середня довжина кадру дорівнює 1024 байтам.

Наявні дані:

1. Число користувачів в безпровідній  мережі офісу – 50.  

2. Число транзакцій (кадрів) від  однієї станції – 100 000. Режим роботи цілодобовий (24 години). Найбільшого навантаження передбачається 20% від загального часу.  

3. Середній розмір кадру 1024 байта.

Розрахунок

Розрахуємо скільки кадрів в  годину проходить через міжмережевий екран:

N = 100 000* 50 * 0.2 = 1 000 000 кадрів.      (4.1)

Інтенсивність вступу кадрів виходить діленням отриманих чисел на 3600:

Х=1 000 000 / 3600 ≈ 277,8 кадрів/сек.      (4.2)

Для підрахунку швидкості обслуговування слід задатися певним значенням швидкості  роботи магістральної мережі оператора  безпровідного доступу. Спершу приймемо швидкість обміну інформацією рівній С = 32 Мбіт/с. Для упрощення розрахунку округлюємо приблизно до   32 768 000 біт/с.

Тоді час, необхідний для передачі одного кадру довжиною 1024 байт, складе:

t = 1024 байт *8 / 32 768 000 біт/c ≈ 0,00025 сек     (4.3)

Очікуваний час обслуговування t = 0,00025 секунд, звідки отримуємо, що середня швидкість  обслуговування  (величина,  зворотна  до очікуваного  часу  обслуговування) складає:

µ = 1 / t = 1 / 0,00025 = 4000 кадрів/сек      (4.4)

З розрахунків видно, що швидкість  обслуговування значно вище чим швидкість  вступу кадрів, тобто даний канал  справляється з трафіком, що приходить.

Міра використання технічних можливостей  обслуговуючого пристрою (Р) в одноканальній  однофазній системі можна визначити, поділивши середню швидкість  вступу замовлень на середню швидкість  обслуговування:

Р = X / µ = 277,8 / 4000 ≈ 0,069 ≈ 7%      (4.5)

Знаючи міру використання обслуговуючого пристрою, досить легко визначити  вірогідність відсутності замовлень (обслуговуваних кадрів) в даний  момент часу. Ця вірогідність, позначена нами як Р0, дорівнює одиниці мінус міра використання каналу:

Р0 = 1 – Р = 1 – 0,069 = 0,931 ≈ 93%       (4.6)

Отримавши деякі відомості відносно міри використання обслуговуючого пристрою, з'ясуємо тепер, яким чином кадри  скупчуються в чергах і як впливають  пов'язані з цими чергами затримки на процес передачі кадрів від однієї локальної мережі до іншої.

У теорії масового обслуговування середнє  число об'єктів в системі зазвичай позначається L, а середнє число  об'єктів в черзі - Lq. Для одноканальної  однофазної системи, L дорівнює середній швидкості вступу замовлень, що ділиться на різницю між середньою швидкістю  обслуговування і швидкістю вступу замовлень:

L = X / (µ - X) = 277,8 / (4000 - 277,8) ≈ 0,075      (4.7)

Щоб визначити середнє число  об'єктів в черзі (Lq), перемножимо  міру використання обслуговуючого пристрою (Р) на число об'єктів в системі (L):

Lq = L*P = 0,075 * 0,069 ≈ 0,0052       (4.8)

Теорія масового обслуговування дозволяє розрахувати середній час знаходження  об'єкту в системі (W) і середній час  чекання в черзі (Wq).

Середній час знаходження кадру в системі є величиною, зворотною різниці між швидкістю обслуговування і швидкістю вступу замовлень. Підставивши наші числа, знайдемо, що в даному випадку кожен кадр проводить в системі в середньому:

W = 1/(µ - X) = 1/ (4000 - 277,8) ≈ 0,00027 с.     (4.9)

Черги в системі можна охарактеризувати ще одним параметром, а саме часом  чекання. У нашому випадку значення Wq дорівнює часу чекання в системі помноженому на міру використання обслуговуючого пристрою. Таким чином, для нашої мережі: